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第十四章 调度语义

发布于 2020-09-09 22:55:52 字数 4157 浏览 1115 评论 0 收藏 0

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14.1 硬件模型的执行及其验证环境本参考手册各个章节的目标是描述各个语言元素的行为。本章给出了这些元素间相互作用的概述,特别是有关事件调度和执行的内容。尽管SystemVerilog并不仅仅限制在仿真中使用,然而语言的语义是为事件导向的仿真而定义,并且硬件描述语言的其它使用都是从这个基本的定义抽象而出。
14.2 事件仿真SystemVerilog语言根据一个分布式事件执行模型定义。本章详细描述了分布式事件仿真以便提供一个语境来描述SystemVerilog结构的含义和有效解释。这些最终的定义为仿真提供了标准的SystemVerilog参考算法,所有遵从这个标准的仿真器都应该实现这些算法。注意,这些定义具有许多选择,并且不同的仿真器之间的某些执行细节也有些差别。另外,除了本章描述的算法外,SystemVerilog仿真器可以自由地使用不同的算法,只要用户可见的效果与这些参考算法保持一致。

一个SystemVerilog描述包含了连接的执行线程或进程。进程是可以计算的对象,它们可以具有状态,并且可以响应输入上的变化以产生输出。进程是并发调度的元素,例如initial块。进程的例子包括但不限于原语、initial、always、always_comb、always_latch以及always_ff过程块、连续赋值、异步任务、以及过程赋值语句。

在被仿真的系统描述中,一个线网或变量的每一个变化都被认为是一个更新事件。

进程敏感于更新事件。当一个更新事件被执行的时候,敏感于这个事件的所有进程都会以任意顺序计算。一个进程的计算也是一个事件,这个事件被称为计算事件。

计算事件还包含PLI回调,这些PLI回调是执行模型中的一些点,其中用户定义的外部例程能够从仿真核中被调用。

除了事件之外,仿真器的另外一个关键方面是时间。术语仿真时间被用来指代由仿真器维护的时间值,它用来建模正在仿真的系统描述所花费的时间。在本章中,术语时间可以与仿真时间互换使用。

为了支持清晰并且可预测的交互作用,单个时隙被划分成多个区域,在这些区域中规定了特定执行类型排序的事件被调度。这就使得当被测设计处于一个稳定状态的时候特性和检查器能够采样数据。特性表达式可以被安全地计算,并且测试平台能够与特性和检查器以零延时相互作用,而这些都是以一个可预测的方式进行。这种机制还允许设计、时钟传输具有非零的延时,和/或激励和响应被自由地混合并与周期精确的描述相一致。
14.3 分层的事件调度器一个符合规定的SystemVerilog仿真器必须维护某种形式的数据结构,随着仿真时间的继续,这个数据结构允许事件被动态地调度、执行和删除。这个数据结构通常被实现成一组时间排序的链表,它们一个定义明确的方式被划分和细分。

第一个分割根据时间进行。每一个事件都具有唯一的一个执行时间,在仿真期间的人以给定时间点上它可以是当前时间或某个未来的时间。在一个特定时间上的所有被调度的事件定义了一个时隙。通过在移动到下一个非空时隙之前执行和删除当前仿真时隙中的所有事件,仿真能够按时间顺序执行。这个过程保证了仿真器在时间上永远不会回退。

一个时隙被划分成一组有序的区域:

  1. Preponed
  2. Pre-active
  3. Active
  4. Inactive
  5. Pre-NBA
  6. NBA
  7. Post-NBA
  8. Observed
  9. Post-observed
  10. Reactive
  11. Postponed

将一个时隙划分成这些有序区域的目的是提供设计和测试平台代码间的可预测的交互作用。

除了Observed和Reactive区域以及Post-observed PLI区域外,这些区域本质上包含了Verilog 1364-2001标准仿真参考模型,并具有完全相同的确定层次。这就意味着合法的Verilog代码能够在新的机制下无需修改就可以正确地运行。Postponed区域是监视信号和其它类似事件的区域。一旦到达Postponded区域后,在这个时隙中不允许有新的值变化。

在SystemVerilog 3.1标准中,Observed和Reactive区域是新的区域,并且只有来自新的语言结构的事件才能被调度进这些新的区域。

当特性表达式被触发的时候,Observed区域用来计算这些特性表达式。这个确定性的一个标准就是特性计算在任意时钟触发时隙中只能发生一次。在特性计算期间,通过/失败代码应该在当前时隙的Reactive区域被调度。

特性表达式被采样数据的采样时间在时钟控制块中控制。新的#1step采样延时提供了在进入当前时隙之前立即采样数据的能力,并且相对于其它等价结构来说它是一个首选的结构,因为它使得1step的时间延时能够被参数化。这个#1step结构是一个卓有成效的机制,它提供了一个方法来定义采样发生的时间,并且不要求一个事件在前一个时隙中被产生。从概念上讲,这个#1step采样与在当前时隙的Preponed区域发生的数据采样相同。

在程序块、以及来自特性表达式通过/失败代码中说明的代码在Reactive区域被调度。

Pre-active、Pre-NBA和Post-NBA在SystemVerilog 3.1中是新的区域,但它们支持现存的PLI回调。Post-observed区域在SystemVerilog 3.1中是新的区域并且已经为支持PLI而加入。

Pre-active区域专用于一个PLI回调控制点,它使得用户代码能够在Active区域中的事件被计算(参见14.4节)之前读取和写入值以及产生事件。

Pre-NBA区域专用于一个PLI回调控制点,它使得用户代码能够在NBA区域中的事件被计算(参见14.4节)之前读取和写入值以及产生事件。

Post-NBA区域专用于一个PLI回调控制点,它使得用户代码能够在NBA区域中的事件被计算(参见14.4节)后读取和写入值以及产生事件。

Post-observed区域专用于一个PLI回调控制点,它使得用户代码能够在特性被计算(在Observed或较早的区域)后读取值。

事件区域的执行流程在图14-1中描述。


图14-1 — 时隙和事件区域的SystemVerilog流程


Active、Inactive、Pre-NBA、NBA、Post-NBA、Observed、Postobserved和Reactive区域被称为迭代区域。

Preponed区域专用于一个PLI回调控制点上,它使得用户代码在任何线网或变量改变状态之前访问当前时隙上的数据。

Active区域保留当前被计算的事件并且可以以任意顺序处理。

Inactive区域保留将要在所有激活事件被处理后被计算的事件。

一个显式的#0延时要求进程被挂起并且将一个事件调度到当前时隙的Inactive... more

14.4 PLI回调控制点SystemVerilog中具有两种类型的PLI回调,一种类型的PLI回调当某种特定的行为发生时立即被执行,另外一种PLI回调被显式地注册成一个单次的计算事件。

我们有可能在任何区域显式地调度一个PLI回调事件。因此,一个显式的PLI回调注册能够被一个tuple (time, region)所识别。

下面的列表提供了来自不同的当前PLI回调的映射。

表格14-3:PLI回调

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